题目内容
【题目】能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源,页岩气的主要成分是甲烷,是公认的洁净能源。
(1)页岩气不仅能用作燃料,还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H1
已知:①CH4、H2、CO的燃烧热(△H)分别为-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1;
②H2O(l)=H2O(g);△H=+d kJmol-1
则△H1=____(用含字母a、b、c、d的代数式表示)kJmol-1。
(2)用合成气生成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2,在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,200℃时n(H2)随时间的变化如表所示:
t/min | 0 | 1 | 3 | 5 |
n(H2)/mol | 8.0 | 5.4 | 4.0 | 4.0 |
①△H2____(填“>”“<”或“ = ”)0。
②下列说法正确的是____(填标号)。
a.温度越高,该反应的平衡常数越大
b.达平衡后再充入稀有气体,CO的转化率提高
c.容器内气体压强不再变化时,反应达到最大限度
d.图中压强p1<p2
③03min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=____mol L-1·min-1。
④200℃时,该反应的平衡常数K=__。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH,保持温度不变,则化学平衡___(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
【答案】-a+3b+c–d < cd (或0.067) 6.25 正向
【解析】
(1)根据盖斯定律作答。
(2)①温度对平衡的影响因素为温度升高,化学平衡向吸热方向移动,如果正向移动,反应物的转化率会升高;
②a.平衡常数表示反应进行的程度,当平衡正向移动时平衡常数增大;
b.达平衡后再充入稀有气体,压强增大,但不影响反应物和生成物的浓度,平衡不移动;
c.反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中,达到平衡前气体总物质的量在不断变化;
d.在恒温恒容的条件下,增大压强,平衡向气体总物质的量减小的方向移动;
③先根据图表计算在03min内CH3OH的变化浓度,再利用公式v=计算03min内v(CH3OH);
④结合平衡状态和平衡常数的公式计算,向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH,保持温度不变,根据此时浓度计算浓度商Qc,再比较Qc与K的关系判断平衡移动方向。
(1)已知:①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H= a kJmol1,
②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H= b kJmol1,
③CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H= c kJmol1,
④H2O(l)=H2O(g) △H= +d kJmol1,
根据盖斯定律,②×3+③①④可知:CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g),则△H1=(a+3b+cd) kJmol1,
(2)①由图示可知在恒压条件下,随着温度的升高CO的转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,即正反应为放热反应,△H2<0;
②a. 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正方向为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,a项错误;
b. 达平衡后再充入稀有气体,压强增大,但平衡不移动,CO的转化率不变,b项错误;
c. 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中,达到平衡前气体总物质的量在不断变化,当容器内气体压强不再变化时,说明混合气体的总物质的量不再改变,反应达到平衡,即反应达到最大限度,c项正确;
d. 由图示可知,在恒温恒容的条件下,增大压强,平衡向正方向移动,CO的转化率增大,即图中压强p1<p2,d项正确;
故答案为:cd;
③由图表可知,3min后反应达到平衡状态
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始浓度(mol/L) 0.4 0.8 0
变化浓度(mol/L) 0.2 0.4 0.2
平衡浓度(mol/L) 0.2 0.4 0.2
03min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)= =
(或0.067) molL1min1,
④由③计算的平衡状态可知,200℃时平衡常数K==6.25;向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH,此时各物质的浓度为c(CO)=0.4mol/L,c(H2)=0.6mol/L,c(CH3OH)=0.4mol/L,保持温度不变,则化学平衡不变,此时Qc=
<K,则此时平衡向正向移动。
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